Vorausschauende Wartung für Leitungen
Das Kabel schlägt Alarm, bevor es bricht
Von außen sieht das Kabel intakt aus. Aber innen? Lapp hat eine Technologie entwickelt, mit der man die Alterung eines Kabels bestimmen und die Dauer bis zum Ausfall vorhersagen kann. Stichwort: Predictive Maintenance. Die Lösung kommt ohne Änderungen am Kabel aus und benötigt keine Opferadern. Zum Start gibt es diese Technologie für Ethernet-Leitungen. Anwender können künftig Kabel austauschen, bevor es zu einem teuren Stillstand der Maschine kommt.
 Die Predictive Maintenance Box wird im Lapp Testzentrum weiterentwickelt und verfeinert.
Die Predictive Maintenance Box wird im Lapp Testzentrum weiterentwickelt und verfeinert.Bild: U.I. Lapp GmbH

Was ist der Nutzen von Industrie 4.0? Eine Antwort, die immer recht schnell kommt, lautet: Predictive Maintenance. Die vorausschauende Wartung soll die reaktive Wartung ersetzen, bei der das Teil ausgetauscht wird, wenn die Maschine bereits streikt. Ebenso die vorbeugende Wartung, wo Teile prophylaktisch ersetzt werden, obwohl sie noch funktionieren. Die vorausschauende Wartung dagegen basiert auf Sensordaten, die Rückschlüsse auf die tatsächliche Alterung des Teils zulassen. Lapp stellt nun eine Lösung für Verbindungssysteme vor. „Wir wollen eine Lösung anbieten, die sich meldet, bevor eine Leitung ausfällt“, sagt Guido Ege, Leiter Produktentwicklung und -management bei Lapp. Denn ein Teil, das wenige Euro kostet, kann eine ganze Produktion lahmlegen und hohe Kosten nach sich ziehen. „Wir wollen Fabriken smart, zuverlässiger und transparenter machen, und da ist Predictive Maintenance ein Schlüsselthema“, so Ege.

Wenn die Übertragungseigenschaften nachlassen

Eges Team hat sich zunächst die industrielle Datenkommunikation vorgenommen, ein wichtiges Wachstumsfeld von Lapp. Ethernet-Leitungen eignen sich mit ihrem komplexen Aufbau besonders, sie zeigen mit ihren notwendigen Hochfrequenzeigenschaften eigene Fehlercharakteristika. Das fängt mit einer gebrochenen Abschirmung an, die zu erhöhten Störungen durch EMV führt. Brechen Litzen, nimmt die Dämpfung zu und die Datenrate sinkt, bei komplettem Aderbruch fällt die Kommunikation schließlich ganz aus. Ziel war es, den optimalen Austauschzeitpunkt einer Leitung vorauszuberechnen, und damit den Zeitpunkt des Austausches so zu planen, dass die Produktion möglichst wenig gestört wird. Die voraussichtliche Lebensdauer wird aus den Veränderungen der Übertragungseigenschaften errechnet. Ethernet-Leitungen sind aber nur der Anfang. Im nächsten Schritt sollen auch stromführende Leitungen überwacht werden.

Keine Opferadern nötig

Wichtiges Ziel für das Team war das Entwickeln eines Messprinzips, das ohne Veränderung des Leitungsaufbaus auskommt, also ohne zusätzliche Mess- oder Opferadern im Kabel, die einen erhöhten Aufwand bei der Installation bedeuten. Die Vorhersage sollte allein über ein Protokoll und einen speziellen Algorithmus erfolgen. Der Installateur kann die Leitungen dann wie gewohnt anschließen und muss keine zusätzlichen Opferadern verbinden. So ist auch ein Retrofit bestehender Anlagen möglich. Die Messung und Auswertung erfolgt in der so genannten PMBx (Predictive Maintenance Box). Sie wird in die Ethernet-Leitung eingebracht und überwacht das Leitungsstück zwischen Anwendung und PMBx. Die Datenpakete laufen ohne merkliche Verzögerung vom einen Ethernet-Port zum anderen Port. Für eine angeschlossene SPS ist die PMBx nicht sichtbar, sie hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung. Sie eignet sich damit auch für bestehende Anlagen, ohne dass Änderungen an der Software der SPS notwendig sind.

Funktion des Predictive-Maintenance-Systems für Datenleitungen von Lapp
Funktion des Predictive-Maintenance-Systems für Datenleitungen von LappBild: U.I. Lapp GmbH

Mehr Daten, bessere Vorhersage

Aus einem Mix aus übertragungsrelevanten Parametern wird der Lapp Predictive Indicator berechnet. Die Messung mehrerer Größen erlaubt auch Plausibilitätsprüfungen und minimiert Fehlinterpretationen von Messwerten. Für die Energiekettenleitungen von Lapp wurden im hauseigenen Testzentrum Messwerte im Big-Data-Ansatz gesammelt und anschließend durch mathematische Algorithmen analysiert. Die resultierenden Parameter werden dann mit den Daten des Kunden in der PMBx im laufenden Betrieb zum Lapp Predictive Indicator verrechnet. Je mehr Daten – auch vom Kunden – es gibt, umso genauer wird die Vorhersage. Lapp prüft die Anwendung von Machine-Learning Ansätzen, um die Vorhersagequalität des Algorithmus deutlich zu steigern. Zukünftig soll es möglich sein, eine Restlebensdauer zu berechnen, die abhängig ist vom Bewegungsprofil der Leitung. Wenn man die Leistungsfähigkeit des Kabels vorausschauend berechnen kann, dann kann man den passenden Austauschzeitpunkt planen. Der Instandhalter ist verfügbar, das Ersatzbauteil wird rechtzeitig bestellt und es wird ein Zeitraum genutzt, in dem die Maschine ohnehin nicht läuft, zum Beispiel während einer Umrüstung oder zeitgleich mit anderen Wartungsarbeiten. Susanne Krichel, Business Development IoT bei Lapp: „Wir freuen uns, jetzt mit Pilotkunden in erste konkrete Umsetzungen zu starten.“ Im nächsten Schritt soll ein passendes Geschäftsmodell entwickelt werden.

Fruchtbarer Innovationsansatz

Den Erfolg verdankt der Anbieter auch dem neuen Innovationsprozess Innovation for Future. Damit möchte das Unternehmen radikale und disruptive Innovationen realisieren, für die zum Beispiel ein klassischer Stage-Gate-Prozess ungeeignet ist. Guido Ege ist optimistisch, dass sich Lapp mit Innovation for Future tiefgreifend verändern und sich weiter vom Anbieter physischer Produkte zum Anbieter von Systemlösungen entwickeln wird. „Innovation for Future schafft dafür die Freiräume.“

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